Para la distribución de la
energía eléctrica se utilizan fundamentalmente materiales conductores de la
electricidad tales como cables aislados o desnudos.
Para su dimensionamiento es
preciso tener en cuenta los siguientes criterios:
- Calentamiento
- Caída de tensión
- Rendimiento o pérdidas
- Sobretemperatura máxima admisible en caso de cortocircuito
Cada uno de ellos nos guiará en
la elección del más adecuado en cada caso.
Calentamiento
Es una consecuencia del Efecto
Joule. El paso de la corriente produce calor en todo conductor, y como
consecuencia de ello se establece en el conductor y aislamiento un gradiente de
temperatura.
El conductor se va calentando en
tanto se desarrolla en él más calor que el que cede llegándose a alcanzar una
temperatura final de estabilización cuando todo el calor disipado iguala al
calor que se produce.
Esta temperatura final de
estabilización viene determinada por los aislantes que no admiten temperaturas
altas debido a que se deterioran. De aquí se deriva un límite y por tanto un
criterio para determinar la densidad de corriente máxima admisible para un
determinado aumento de temperatura.
El cociente entre la intensidad
de corriente que circula por un conductor y la sección del mismo se denomina
densidad de corriente y determina el calentamiento del conductor indicando los
amperios por mm2 que circulan por él.
Al aumentar la sección el calor
se disipa peor y la densidad disminuye.
El reglamento de B.T. establece
los valores máximos de densidad de corriente y de intensidades máximas
admisibles, en las instrucciones: ITC BT 07 e ITC BT 19.
Los fabricantes de cables
establecen tablas de intensidades máximas admisibles en los cables que son
características de cada uno de los tipos y sistemas de fabricación.
Estos valores vienen afectados
por la disposición de los conductores en la instalación, aplicándose unos
coeficientes según el tipo de instalación y la proximidad de otros conductores.
Caída de tensión
Cuando hablamos de calentamiento,
se supone que hay una parte de energía que se pierde. Esta pérdida de energía
es la diferencia entre la entregada por el generador y la absorbida por el
receptor.
Al ser la intensidad de la
corriente eléctrica la misma en todo el conductor, la menor potencia disponible
en el extremo del conductor se debe a la pérdida de diferencia de potencial
entre los dos extremos.
A esta diminución de tensión se
le denomina caída de tensión (c.d.t) que es proporcional a la longitud de la
línea.
Aun cumpliéndose el primer
criterio -calentamiento- puede muy bien ocurrir que la caída de tensión a lo
largo de la línea resulte excesiva con las consecuencias de un inadecuado
funcionamiento de los receptores, tanto los motores como los aparatos de
iluminación.
En este caso hay que recalcular
la línea prescindiendo de su calentamiento y ateniéndose solamente a la
condición de que la caída de tensión no exceda de valores predeterminados (el
REBT admite como máximo 3% en alumbrado y 5% en fuerza).
Por regla general en líneas
largas se impone el criterio de caída de tensión mientras que en las cortas se
impone el de calentamiento.
La caída de tensión viene
determinada por la expresión e = R · I
Corriente continua:
Corriente alterna
En corriente alterna monofásica
existe un consumo inductivo caracterizado por un desfase entre la tensión y la
intensidad. La caída de tensión en alterna es la diferencia geométrica entre U
o y U f, o sea el vector I·R.
Rendimiento o pérdidas
El tercer criterio de rendimiento
o pérdidas resulta de la consideración de que las líneas en servicio tienen
unas pérdidas en vatios que deben valorarse y esta valoración es la que decide
si es más conveniente atenerse a las secciones que fijan los criterios anteriores
o es preferible invertir algo más de dinero en el conductor, incrementando su
sección con objeto de que las pérdidas de explotación sean menores y por lo
tanto la factura energética.
Sobretemperatura máxima admisible en caso de cortocircuito
Un cortocircuito en un cable lo
podemos considerar como una sobrecarga de muy corta duración, inferior a cinco
segundos, y que viene seguida por una desconexión permanente, por lo que en
este caso son admisibles temperaturas momentáneas más elevadas que las de servicio
permanente.
Las normas UNE indican los valores máximos de
temperatura de cortocircuito del conductor, de acuerdo con la naturaleza del
material aislante, así la norma UNE 21123 determina para los cables de 1 a 30
kV una temperatura máxima de cortocircuito en el conductor de 160 ºC para los
cables aislados con PVC y de 250 ºC para los aislados con XLKPE y EPR.
Para los cables aislados con PVC
para tensiones nominales o inferiores a los 750 V, las temperaturas de
cortocircuito indicadas en la Norma UNE 21031 son las de 150 ºC para los cables
flexibles y de 160 ºC para los cables de instalaciones fijas.
Los fabricantes de cables
suministran curvas de intensidad térmicamente admisible en cortocircuito y
tiempo en segundos para cada sección de conductor.
Valoración de los diferentes criterios
El primer criterio, el de
calentamiento, debe cumplirse siempre ya que es de absoluta necesidad que el
aumento de temperatura del conductor no exceda de los límites reglamentarios,
si no queremos que se perjudique el conductor.
El segundo criterio (caída de
tensión) es para dar mejor servicio, pero ya no es de absoluta necesidad.
El tercer criterio (rendimiento o
pérdidas), no es de absoluta necesidad, ni hace falta para dar mejor servicio,
sino que es un criterio puramente económico.
Con respecto al segundo criterio,
el Reglamento de Baja Tensión, con relación a las líneas de instalación, dice
que la sección del conductor se deberá elegir de forma que, aparte de cumplir
la condición de calentamiento, no dé lugar a una caída de tensión superior a
unos valores preestablecidos (Ver tabla 1).
TABLA 1
La potencia es proporcional al
cuadrado de la tensión.
La potencia útil es menor en
porcentaje que la tensión útil porque depende del cuadrado de la tensión.
El reglamento sobre Regularidad
del suministro y Verificación en su artículo 65 señala que toda compañía
suministradora está obligada a mantener la tensión y la frecuencia con
tolerancias del ± 7 % y del ± 5 % respectivamente.
Construir una línea de transporte
de forma que desde el funcionamiento en vacío al de plena carga se respetasen
los márgenes que dan estas tolerancias exigiría a menudo el empleo de grandes
secciones que resultarían antieconómicas. Lo que se hace en la práctica, es
fijar en ellos caídas económicas y regular la tensión por algún medio que
compense las caídas de tensión, tales como:
- Transformadores con tomas, con regulación bajo carga.
- Compensadores síncronos.
Más
detalles sobre las caídas de tensión en el post “Verificación de las caídas de tensión en instalaciones
de BT.” en el siguiente link:
POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:
http://www.mediafire.com/file/eev13q5b1589o8r/Criterios_el%C3%A9ctricos_determinantes_de_la_secci%C3%B3n_de_conductores.pdf
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